(57)【要約】  本発明は、第１電極、前記第１電極の一面または両面に積層された第２電極、および前記第１電極と前記第２電極との間に位置する分離膜を含み、前記分離膜は、連続的なシート形状を有し、第１方向に折り曲げられて前記第１電極を囲み、前記第１方向と逆方向の第２方向に折り曲げられて前記第２電極を囲み、前記分離膜が折り曲げられた端部領域は、複数のパターンを含む積層型電極組立体およびこれを含むフレキシブル二次電池に関する。
2019526903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極の一面または両面に積層された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する分離膜と、
を含み、
前記分離膜は、連続的なシート形状を有し、第１方向に折り曲げられて前記第１電極を囲み、前記第１方向と逆方向の第２方向に折り曲げられて前記第２電極を囲み、
前記分離膜が折り曲げられた端部領域は、複数のパターンを含む、積層型電極組立体。
【請求項２】
前記複数のパターンは、前記折り曲げられた端部領域の折り曲げ線に沿って配列される、請求項１に記載の積層型電極組立体。
【請求項３】
前記複数のパターンは、線状パターンである、請求項２に記載の積層型電極組立体。
【請求項４】
前記複数のパターンは、円形、楕円形、三角形、四角形、多角形およびこれらの混合形態のうち少なくとも一つの形状を有する、請求項１に記載の積層型電極組立体。
【請求項５】
前記複数のパターンは、前記積層型電極組立体の垂直断面で見る時、複数の凹部および複数の凸部を含む凹凸パターンである、請求項１に記載の積層型電極組立体。
【請求項６】
前記複数のパターンは、前記積層型電極組立体の水平断面で見る時、前記折り曲げられた端部領域の折り曲げ線に沿って位置する複数の破断部を含む、請求項１に記載の積層型電極組立体。
【請求項７】
前記複数の破断部は、三角形、四角形、半円形、半楕円形およびこれらの混合形態のうち少なくとも一つの形状を有する、請求項６に記載の積層型電極組立体。
【請求項８】
前記折り曲げられた端部領域は、前記第１電極および前記第２電極と重ならない、請求項１に記載の積層型電極組立体。
【請求項９】
前記分離膜の厚さは、１０μｍ〜２０μｍである、請求項１に記載の積層型電極組立体。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の積層型電極組立体と、
前記積層型電極組立体を収容するケースと、
を含むフレキシブル二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型電極組立体およびこれを含むフレキシブル二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、フレキシブルディスプレイ、ウェアラブル（ｗｅａｒａｂｌｅ）携帯電話および時計などのようにフレキシブル電子機器の開発および商用化に関心が集中している。したがって、このようなフレキシブル電子機器に対する電源供給装置である二次電池に対してもフレキシブル特性の実現に関する要求が増加している。
【０００３】
一般に、二次電池は正極と負極、および正極と負極との間に介在した分離膜を含む電極組立体を備える。
【０００４】
このような電極組立体を含む二次電池にフレキシブルの特性を実現するために、比較的電極極板の損傷なしに柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）を実現できる利点があり、積層型構造を有する電極組立体をフレキシブル二次電池に適用しようとする多様な試みがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、柔軟性が画期的に向上した積層型電極組立体を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、前記積層型電極組立体を含むフレキシブル二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、第１電極、前記第１電極の一面または両面に積層された第２電極、および前記第１電極と前記第２電極との間に位置する分離膜を含み、前記分離膜は、連続的なシート形状を有し、第１方向に巻き取られて前記第１電極を囲み、前記第１方向と逆方向の第２方向に巻き取られて前記第２電極を囲み、前記分離膜の折り曲げられた端部領域は、複数のパターンを含む積層型電極組立体を提供する。
【０００８】
本発明の他の態様は、前記積層型電極組立体およびこれを収容するケースを含むフレキシブル二次電池を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態による積層型電極組立体およびこれを含むフレキシブル二次電池は、ベンディング時電極組立体に加えられる応力を均一に分散させることによってベンディング特性を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による積層型電極組立体の分解斜視図を示す図である。
【図２】図１による積層型電極組立体の水平断面図を示す図である。
【図３】図１による積層型電極組立体の垂直断面図を示す図である。
【図４】折曲端部領域に含まれるパターンの多様な形態を例示的に示す図である。
【図５】折曲端部領域に含まれるパターンの多様な形態を例示的に示す図である。
【図６】折曲端部領域に含まれるパターンの多様な形態を例示的に示す図である。
【図７】折曲端部領域に含まれるパターンの多様な形態を例示的に示す図である。
【図８】折曲端部領域に含まれるパターンの多様な形態を例示的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるフレキシブル二次電池の斜視図を示す図である。
【図１０】図９によるフレキシブル二次電池を分解して示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々な異なる形態で具現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００１２】
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似する構成要素に対しては、同じ参照符号を付ける。
【００１３】
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜上任意に示すので、本発明は必ずしも図示する場合に限定されない。
【００１４】
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態による積層型電極組立体の斜視図を示す図であり、図２は図１による積層型電極組立体の水平断面図を示す図であり、図３は図１による積層型電極組立体の垂直断面図を示す図である。
【００１６】
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施形態による積層型電極組立体１０は、第１電極１１、第２電極１２、および第１電極１１と第２電極１２との間に位置する分離膜１３を含む。
【００１７】
本発明で前記分離膜１３は、連続的なシート形状を有することを特徴とする。
また、分離膜１３は、第１方向に折り曲げられて第１電極１１を囲み、第１方向と逆方向の第２方向に折り曲げられて第２電極１２を囲み得る。
【００１８】
図１を参照すれば、連続的なシート形状の分離膜１３は、第１方向およびこれと逆の第２方向に交互に折り曲げられる。したがって、積層型電極組立体１０から分離膜１３の垂直断面は、ジグザグ形状を有し得る。
【００１９】
第１方向に折り曲げられた分離膜１３の内部には第１電極１１が位置し、第２方向に折り曲げられた分離膜１３の内部には第２電極１２が位置する。第１電極１１および第２電極１２がそれぞれ複数含まれる場合、第１電極１１と第２電極１２は交互に積層される。
【００２０】
図２を参照すれば、本発明の分離膜１３は、電極組立体１０の水平断面（ｘｙ方向）で見る時、第１電極１１または第２電極１２より大きい大きさを有するように折り曲げられる。
【００２１】
具体的には、分離膜１３の短辺幅ＳＷ１は、第２電極１２の短辺幅ＮＷ１より大きく、分離膜１３の長辺幅ＳＷ２は、第２電極１２の長辺幅ＮＷ２より大きい。
【００２２】
図２には便宜上第２電極１２の短辺および長辺幅ＮＷ１，ＮＷ２のみを示したが、第１電極１１の短辺および長辺幅も前記第２電極１２の短辺および長辺幅ＮＷ１，ＮＷ２と同じ大きさを有するように形成され得る。
【００２３】
図２および図３を参照すれば、電極組立体１０は一対の短辺および一対の長辺を有する形状である。
【００２４】
本発明の分離膜１３は折り曲げられて形成され、第１電極１１および第２電極１２より大きい大きさを有するので、電極組立体１０の長辺側には分離膜１３が第１電極１１および第２電極１２と重ならず、折り曲げられた分離膜１３同士が重なる領域を含む。
【００２５】
本発明ではこのように分離膜１３が折り曲げられた端部領域で折り曲げられた分離膜１３同士が重なる領域を折曲端部領域Ａという。
【００２６】
前記折曲端部領域Ａの短幅ＷＡは、第１電極１１の短辺幅または第２電極１２の短辺幅ＮＷ１の５％〜１０％程度であり得、より具体的に７％〜８％程度であり得る。折曲端部領域Ａの短幅ＷＡが第１電極１１の短辺幅または第２電極１２の短辺幅ＮＷ１を基準に前記範囲を満す時、電極組立体１０で正極および負極間の短絡を防止すると同時に高いエネルギー密度を有する電池を実現できる。
【００２７】
本発明では折曲端部領域Ａに複数のパターンを含むことを特徴とする。
【００２８】
図４〜図８は折曲端部領域に含まれるパターンの多様な形態を例示的に示す図である。
【００２９】
先に、図４および図５を参照すれば、分離膜１３は、折り曲げ線ＢＬに沿って折り曲げられ得、折曲端部領域Ａは、折り曲げ線ＢＬに沿って配列される複数のパターンを含み得る。
【００３０】
前記複数のパターンは、折り曲げ線ＢＬに沿って所定の間隔で配列される線状パターン５１であり得る。線状パターン５１は、分離膜１３を貫くように形成され得る。
【００３１】
また、線状パターン５１を形成する工程は、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３に第１電極１１および第２電極１２を交互に積層する前に行ってもよく、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層した後に行ってもよい。
【００３２】
すなわち、分離膜１３の折り曲げられた端部領域Ａに線状パターン５１を先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層してもよく、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３の内部に第１電極１１および第２電極１２を積層して電極組立体１０を形成した後に線状パターン５１を形成してもよい。
【００３３】
ただし、線状パターン５１を先に形成して第１電極１１および第２電極１２を積層する場合、分離膜１３の折曲端部領域Ａに線状パターン５１を簡単に形成できる工程上の利点がある。
【００３４】
また、前記線状パターン５１は、あらかじめ裁断された折り曲げ線Ｌに沿って、例えば、ジグを用いて打ち抜く方法で形成してもよく、レーザーカッティングする方法で形成してもよい。
【００３５】
図６を参照すれば、折曲端部領域Ａに位置する複数のパターンは複数の円形パターン５２であり得る。
【００３６】
図面に示していないが、この時、複数のパターンは、円形パターン５２の他にも楕円形、三角形、四角形および多角形のうち少なくとも一つの形状であるか、これらの形状が混合された形態で複数含まれ得る。この時、複数のパターンは分離膜１３を貫くように形成され得る。
【００３７】
複数の円形パターン５２は、分離膜１３が損傷して電極組立体１０の性能に影響を与えない範囲でフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）特性を実現できるように適切に間隔を調節して形成され得る。
【００３８】
このような複数のパターンを形成する工程は、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３に第１電極１１および第２電極１２を交互に積層する前に行ってもよく、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層した後に行ってもよい。
【００３９】
すなわち、分離膜１３の折り曲げられた端部領域Ａに複数のパターンを先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層してもよく、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３の内部に第１電極１１および第２電極１２を積層して電極組立体１０を形成した後に複数のパターンを形成してもよい。
【００４０】
ただし、複数のパターンを先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を積層する場合、分離膜１３の折曲端部領域Ａに多様な形状のパターンをより簡単に形成できる工程上の利点がある。
【００４１】
この時、複数のパターンは、例えば、ジグを用いて打ち抜く方法で形成してもよく、レーザーカッティングをする方法で形成してもよい。
【００４２】
図７を参照すれば、複数のパターンは凹凸パターン５３であり得る。
【００４３】
凹凸パターン５３は、電極組立体１０の垂直断面で見る時、ｚ軸方向に陥没した複数の凹部５３ａおよびｚ軸方向に突出した複数の凸部５３ｂを含むように形成され得る。
【００４４】
このような凹凸パターン５３を形成する工程は、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３に第１電極１１および第２電極１２を交互に積層する前に行ってもよく、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層した後に行ってもよい。
【００４５】
すなわち、分離膜１３の折り曲げられた端部領域Ａに凹凸パターン５３を先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層してもよく、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３の内部に第１電極１１および第２電極１２を積層して電極組立体１０を形成した後に凹凸パターン５３を形成してもよい。
【００４６】
ただし、折り曲げられた分離膜１３に凹凸パターン５３を先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を積層する場合、分離膜１３の折曲端部領域Ａに凹凸パターン５３を簡単に形成できる工程上の利点がある。
【００４７】
凹凸パターン５３は、例えば、凹凸が形成されたジグを用いて常温または７０℃以下の高温で圧延する方法で形成され得る。
【００４８】
図８を参照すれば、複数のパターンは複数の破断部５４を含み得る。
【００４９】
複数の破断部５４は、折曲端部領域Ａの折り曲げ線ＢＬに沿って位置し得る。
【００５０】
また、複数の破断部５４は、電極組立体１０の水平断面で見る時、ｘｙ平面に形成されたものを意味する。すなわち、複数の破断部５４は、電極組立体１０の長辺側端部に位置する折り曲げ線ＢＬに沿って分離膜１３の一部を除去する形態で形成され得る。
【００５１】
図８には複数の破断部５４が三角形で形成された場合を示したが、複数の破断部５４は、三角形の他にも四角形、半円形、および半楕円形のうち少なくとも一つの形状を有し得、これらの形状の混合形態で形成されることもできる。
【００５２】
また、複数の破断部５４を形成する工程は、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３に第１電極１１および第２電極１２を交互に積層する前に行ってもよく、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層した後に行ってもよい。
【００５３】
すなわち、分離膜１３の折り曲げられた端部領域Ａに複数の破断部５４を先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を交互に積層してもよく、ジグザグ形状に折り曲げられた分離膜１３の内部に第１電極１１および第２電極１２を積層して電極組立体１０を形成した後に複数の破断部５４を形成してもよい。
【００５４】
ただし、複数の破断部５４を先に形成し、第１電極１１および第２電極１２を積層する場合、分離膜１３の折曲端部領域Ａに複数の破断部５４を簡単に形成できる工程上の利点がある。
【００５５】
また、複数の破断部５４は、例えば、ジグを用いて打ち抜く方法で形成してもよく、レーザーカッティングをする方法で形成してもよい。
【００５６】
一方、本発明で分離膜１３の厚さは、例えば、１０μｍ〜２０μｍであり得る。より具体的には、分離膜１３の厚さは、１２μｍ〜１８μｍまたは１４μｍ〜１６μｍであり得る。分離膜１３の厚さが前記数値範囲を満す場合、分離膜１３の折曲工程を円滑に行い得、ベンディング特性が向上した本発明による電極組立体１０の薄膜化も可能である。
【００５７】
一方、本発明で前記第１電極１１は正極であり、第２電極１２は負極であり得るが、場合によっては第１電極１１が負極であり、第２電極１２が正極であり得る。以下では便宜上第１電極１１は正極であり、第２電極１２は負極の場合を例に説明する。
【００５８】
第１電極１１は、金属箔板の集電体に正極活物質を塗布したコーティング部１１ａ、および正極活物質を塗布せず露出した集電体に設定される無地部１１ｂを含む。例えば、第１電極１１の集電体および第１電極タブ２１はアルミニウム（Ａｌ）で形成され得る。
【００５９】
第２電極１２は、第１電極１１の活物質と負極活物質とを金属箔板の集電体に塗布したコーティング部１２ａ、および負極活物質を塗布せず露出した集電体に設定される無地部１２ｂを含む。例えば、第２電極１２の集電体および第２電極タブ２２は、銅（Ｃｕ）で形成され得る。
【００６０】
本発明で、前記コーティング部１１ａ，１２ａは、第１電極１１および第２電極１２の両面に形成され得る。ただし、電極組立体１０の最外郭に位置する第１電極１１および／または第２電極１２の場合、エネルギー密度および電極組立体１０の薄膜化などを考慮する時、ケースと当接する部分にはコーティング部１１ａ，１２ａが形成されないことが好ましい。
【００６１】
積層状態で、第１電極１１および第２電極１２は、無地部１１ｂ，１２ｂを幅方向（ｙ軸方向）の両側に交互に配置する。すなわち、図２で第１電極１１の無地部１１ｂは右側に配置され、第２電極１２の無地部１２ｂは左側に配置される。
【００６２】
また、第１電極タブ２１は、第１電極１１の無地部１１ｂに連結され、第２電極タブ２２は、第２電極１２の無地部１２ｂに連結される。したがって、ケース１２０の一側の外部で第１，第２電極タブ２１，２２は、間隔を置いて離隔配置される。第１，第２電極タブ２１，２２は、無地部１１ｂ，１２ｂに溶接で連結してもよく、無地部１１ｂ，１２ｂを長く延びるように形成して第１，第２電極タブ２０，２１役割をするように構成してもよい。
【００６３】
本発明による電極組立体１０は、分離膜１３の折曲端部領域Ａに多様な形態に形成される複数のパターン（５１，５２，５３，５４）を含むので、電極組立体１０をベンディングする場合、電極組立体１０の内部および外部に加えられる引張応力および圧縮応力を均一に分散させることができ、これにより優れたフレキシブル特性を実現できる。
【００６４】
次に、本発明の一実施形態によるフレキシブル二次電池の構成を調べる。
【００６５】
図９は本発明の一実施形態によるフレキシブル二次電池の斜視図を示す図であり、図１０は図９によるフレキシブル二次電池を分解して示した分解斜視図である。
【００６６】
図９および図１０を参照すれば、本発明の一実施形態に他のフレキシブル二次電池２００は、前述した積層型電極組立体１０およびこれを収容するケース１３０を含む。
【００６７】
この時、ケース１３０は、上部ケース１３１および下部ケース１３２を含み得る。前記上部ケース１３１および下部ケース１３２は、積層型電極組立体１０を内部に収容し、縁を熱融着などの方法で相互接合してフレキシブル二次電池を形成する。
【００６８】
第１電極タブ２１および第２電極タブ２２はケース１３０の外に引き出され、保護回路モジュール（図示せず）および電子機器セットに電気的に接続され得る。ここで、前記第１および第２電極タブ２１，２２は、電気的な絶縁部材を介在して上部ケース１３１および下部ケース１３２の一側面に引き出されることもできる。
【００６９】
一方、前記上部ケース１３１および下部ケース１３２それぞれは、例えば、外部樹脂層１３０ａ、金属層１３０ｂ、および内部樹脂層１３０ｃが順次積層された構造を有し得る。
【００７０】
先に、外部樹脂層１３０ａは、基材および保護層の役割をする。外部樹脂層１３０ａは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネートおよびナイロンフィルムからなるグループから選ばれた１種以上で形成されるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
次に、金属層１３０ｂは、本発明によるフレキシブル二次電池２００で水分などが浸透することを防止する役割をし得る。
【００７２】
このような金属層１３０ｂは、例えば、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）およびマンガン（Ｍｎ）の合金、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）およびニッケル（Ｎｉ）の合金、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）またはその等価物からなるグループから選ばれた少なくとも一つの材質からなるが、これに限定されるものではない。
【００７３】
また、前記金属層１３０ｂは、フレキシブル二次電池２００の柔軟性を損なわない範囲でできるだけ厚く形成されることが透湿防止などの効果面で好ましい。
【００７４】
次に、内部樹脂層１３０ｃは、分離膜１３または活物質がコーティングされていない第１電極１１または第２電極１２の片面と接着させる役割もする。場合によっては、前記内部樹脂層１３０ｃは、上部ケース１３１および下部ケース１３２の縁を別途の接着剤なしに直接接着させる役割をすることもできる。
【００７５】
このような内部樹脂層１３０ｃは、例えば、ポリオレフィンまたはポリオレフィンの共重合体で形成され得、より具体的には、前記ポリオレフィンはポリエチレン（ｐｏｌｙ  ｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＰＥ）またはポリプロピレン（ｐｏｌｙ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＰＰ）からなるが、これに限定されるものではない。
【００７６】
以上、本発明に関する好ましい実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に変更して均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００７７】
２００：二次電池
１０：電極組立体
２１：正極タブ
２２：負極タブ
１３０：ケース
１３１：上部ケース
１３２：下部ケース
１１：正極
１１ａ：正極コーティング部
１１ｂ：正極無地部
１２：負極
１２ａ：負極コーティング部
１２ｂ：負極無地部
１３：セパレーター
【図１】
2019526903.tif 000003
【図２】
2019526903.tif 000004
【図３】
2019526903.tif 000005
【図４】
2019526903.tif 000006
【図５】
2019526903.tif 000007
【図６】
2019526903.tif 000008
【図７】
2019526903.tif 000009
【図８】
2019526903.tif 000010
【図９】
2019526903.tif 000011
【図１０】
2019526903.tif 000012
【国際調査報告】
2019526903.tif 000013
2019526903.tif 000014
2019526903.tif 000015
2019526903.tif 000016